加入收藏 网站地图 网站首页    
中国在线 首页
站内搜索
您的位置: 首页 >> 科技频道 >> 科技前沿 >> 正文
分享到:
碳原子“编织”成的网,三维世界中的二维物体,石墨烯是什么?
2020-05-14           作者: 宇宙小百科

什么是石墨烯?有什么特殊的性质?有什么实际用途?石墨烯的性质是什么?石墨烯和量子力学之间的关系是什么。

碳原子“编织”成的网,三维世界中的二维物体,石墨烯是什么?

 

二维的碳

事实上,石墨烯的秘密隐藏在你使用的铅笔头里。只要你用铅笔画一条线,你就会从铅笔中释放出一些柔软的银灰色纯碳,它是由一些重叠的碳原子组成的。如果你能分离这些重叠的碳原子,得到一层只有一个原子厚的碳膜,你就能得到石墨烯。

上述工作也是曾经获得诺贝尔物理学奖的曼彻斯特大学的安德烈·吉姆和斯特拉·诺沃塞洛夫的工作。事实上,从事这项工作的人很多,但只有他们成功了,他们使用的方法非常直接和巧妙,即用胶带分离石墨的层状结构,最后得到一层石墨烯,它只由一层碳原子组成。它的厚度只有0.335nm,300万块这样的材料只有1mm厚。

碳原子“编织”成的网,三维世界中的二维物体,石墨烯是什么?

 

因为石墨烯是从石墨中获得的,具有烯烃的基本特征——碳原子间的双键,所以被称为石墨烯。现在让我们想象一下石墨烯是什么样子。它是微观世界中的单层网络。每个网是一个完美的六边形,每个关节是一个碳原子。因为这个网只有一个原子厚,它几乎没有高度,只有长度和宽度,也就是说,它是二维的,而不是三维的。简而言之,石墨烯是一种二维碳,是人类已知的最薄的材料。

高速运动的电子

在得到石墨烯之后,吉姆和诺沃塞洛夫急切地想知道石墨烯的性质。他们测量了石墨烯的电学行为。正如他们所料,石墨烯是导电的。他们开始对石墨烯做进一步的研究,所以事情变得越来越有趣了起来。在大多数情况下,电子在导体中的运动是无序的。它们碰撞并随机滚动,很像游戏机中的弹珠,因为导体晶格中的杂质阻碍了它们的前进。然而,吉姆和诺沃塞洛夫发现石墨烯并不是这样的。在石墨烯中,电子移动很长的距离,在碰撞中不容易分散。为什么石墨烯能做到这一点?吉姆推测这可能与它们近乎完美的原子结构有关。

碳原子“编织”成的网,三维世界中的二维物体,石墨烯是什么?

 

此外,石墨烯中的电子运动速度很高,因此在其他导体中从未见过电子的高速运动。电子相互作用,这种相互作用的量子实体又称为准粒子。吉姆的团队发现,在石墨烯中,准粒子的运动接近光速,这让他们感到惊讶。一般来说,这种高速运动只能发生在某些极端环境中,比如中子星附近,或者恒星大爆炸中。

只有在这种情况下,粒子才能加速到如此高的速度。这种高速的粒子运动也正是物理学家们非常羡慕的。为了达到这个速度,他们依靠粒子加速器。然而,现在人们在石墨烯中看到了这种运动,这意味着仅仅使用石墨烯就能探索一些奇妙的物理现象了。

狄拉克震颤

碳原子“编织”成的网,三维世界中的二维物体,石墨烯是什么?

 

石墨烯的使用有望探索一种叫做“狄拉克震颤”的现象,这是一种快速震颤运动,最初由英国物理学家保罗·狄拉克提出。该理论将量子力学与狭义相对论相结合来描述快速运动的粒子。狄拉克预言,当这样一个运动的粒子从一个点移动到另一个点时,它的路径不是一条直线,而是“颤抖”,因为这些粒子有很大的能量,所以它们会产生反粒子。在电子的情况下,产生的反粒子是正电子。由于反粒子与原始粒子的相互作用,它们的运动轨迹发生波动,产生了“狄拉克震颤”。

碳原子“编织”成的网,三维世界中的二维物体,石墨烯是什么?

 

但“狄拉克震颤”的速度太快,很难看到这种运动,但吉姆说,类似的现象可以发生在石墨烯中,而且可以测量,因为在石墨烯中,由于所谓的“粒子海”中的“洞”,粒子“震颤”的振幅约为100纳米。吉姆相信用高分辨率显微镜,这种运动是可以观察到的。

克莱恩佯僇

碳原子“编织”成的网,三维世界中的二维物体,石墨烯是什么?

 

在接近光速的粒子运动中,“狄拉克震颤”并不是唯一可以预测的量子力学现象。1929年,瑞典物理学家奥斯卡·克莱因预言了另一个奇妙的量子力学现象。他认为,在量子世界中,即使微粒子的总能量小于势垒高度,这些粒子仍然可以穿过势垒,这也被称为“量子隧穿效应”。

为了理解,让我们想象一堵墙,这就是所谓的“屏障”,然后想象我们朝着墙踢足球,这就是所谓的“粒子”。日常经验告诉我们,足球会被这堵墙反弹回来,但在量子世界里,“足球”很可能出现在“墙”的另一边!这就是“克莱因效应”,又称“克莱因悖论”。换句话说,在量子世界中,粒子可以忽略阻挡它们前进的“墙”,即屏障。

碳原子“编织”成的网,三维世界中的二维物体,石墨烯是什么?

 

为什么?原因在于前面提到的“狄拉克震颤”。因为粒子有很高的能量,它们在“壁”中产生反粒子。这些反粒子“穿过墙”,并在墙的另一边复制原始粒子。因为在反粒子看来,现实世界的山脉会变成山谷,反粒子很容易通过反物质世界的“山谷”到达屏障的另一边,所以看起来它们直接穿过“墙”,就好像“墙”根本不存在一样。

吉姆和他的同事认为,如果在狭长的石墨烯材料上形成“势垒”,并施加电场,他们可能会目睹“准粒子”穿过“势垒”的过程。

可以想见,石墨烯不仅是材料科学家的最爱“宠儿”,而且在理论物理中也会有很大的应用。

责任编辑: 蔚 蓝 文章来源:
菲律宾太阳城上娱乐】 【打印文章
 相关文章:
[更 多]
 
最新新闻
碳原子“编织”成的网,三维世界中
首次公开:两艘万吨大舰海上会师,
英联邦53个国家,法共体为何夭折了
陶凯雄教授:关注胃肠间质瘤的PDGF
越南欲与西方全方位并轨,政治改革
中国需要增加千枚核弹吗 外交部的
“网约配送员”新职业正式发布
热门TOP
碳原子“编织”成的网,三维世界中
杨振宁公开反对,美国也曾放弃建造
进化论中的部分假说首次得到证实
病毒有天敌吗?
病毒中有“叛徒”?像机器人的噬箘
基因组分析显示:新冠病毒难长存
席卷中世纪欧洲的两大传染病,人类
     
精彩推荐

长征五号B运载火箭首飞成功 我国空

俄罗斯新一代特种核潜艇即将下水,

  
| 关于我们 | 广告服务 | 免责申明 | 网站地图 |
·主办: 中国在线 网络信息中心 旌华传媒
·官方门户: 中国在线 CNN.OOO China Online
·信箱: cn1n@163.com
·网址: flbtycsyl.xsb638.com  www.cnn.ooo For more information , please visit our website
·版权所有: 中国在线 网络信息中心 (C) 2005 - 2016
·备案许可: 鄂ICP备15005328号

菲律宾太阳城上娱乐
网站地图 ag亚洲国际娱乐平台 成人电影 线上ag娱乐平台
申搏官网代理 申博客户端下载 菲律宾申博代理 138申博亚洲
德州扑克上黄金城 彩八仙人工计划平台 9188彩票网走势图登入 天下彩票免费资料大全直营网
ag8801.com环亚娱乐 AG环亚集团 百家乐的玩法 ag游戏大厅二维码
ag游戏客户端 ag亚游骗局 菲律宾太阳城上娱乐 ag环亚乐娱乐
977XTD.COM 8HNS.COM 718sj.com XSB638.COM 8WWS.COM
566BBIN.COM 585sunbet.com 756SUN.COM XSB518.COM 1112937.COM
33sbmsc.com 188TGP.COM 66sbsun.com 44sbsg.com 15jbs.com
585jbs.com S618A.COM 585sj.com rq138.com XSB591.COM